marea terrestre

La marea terrestre (también conocida como marea de la Tierra sólida , marea cortical , marea corporal o marea terrestre ) es el desplazamiento de la superficie de la Tierra sólida causado por la gravedad de la Luna y el Sol . ^{[ 1 ]} Su componente principal tiene una amplitud del orden de metros en periodos de aproximadamente 12 horas o más. Los componentes más grandes de la marea corporal son semidiurnos , pero también hay contribuciones diurnas, semianuales y quincenales significativas. ^{[ 2 ]} Aunque la fuerza gravitacional que causa las mareas terrestres y las mareas oceánicas es la misma, las respuestas son bastante diferentes.

Fuerza de marea lunar: estas imágenes muestran la Luna directamente sobre los 30°  N (o 30°  S) vista desde arriba del hemisferio norte, mostrando ambos lados del planeta. Rojo arriba, azul abajo.

La mayor de las fuerzas gravitatorias periódicas proviene de la Luna, pero la del Sol también es importante. Las imágenes muestran la fuerza de marea lunar cuando la Luna se encuentra directamente sobre los 30° N (o 30° S). Este patrón permanece fijo, con el área roja dirigida hacia la Luna (o directamente en dirección opuesta a ella). El rojo indica una atracción hacia arriba, el azul hacia abajo. Si, por ejemplo, la Luna está directamente sobre los 90° O (o 90° E), las áreas rojas se centran en el hemisferio norte occidental, en la parte superior derecha. Si, por ejemplo, la Luna está directamente sobre los 90° O (90° E), el centro del área roja se encuentra en 30° N, 90° O y 30° S, 90° E, y el centro de la banda azulada sigue el círculo máximo equidistante de esos puntos. A 30° de latitud, se produce un pico fuerte una vez por día lunar, lo que genera una fuerza diurna significativa en esa latitud. A lo largo del ecuador, dos picos (y depresiones) de igual tamaño imparten una fuerza semidiurna.

Desplazamientos verticales del movimiento sectorial.

Rojo arriba, azul abajo.

Desplazamientos este-oeste del movimiento sectorial.

Rojo al este, azul al oeste.

Desplazamientos norte-sur del movimiento sectorial.

Rojo al norte, azul al sur.

Desplazamientos verticales del movimiento teseral.

Rojo arriba, azul abajo.

Desplazamientos este-oeste del movimiento teseral.

Rojo al este, azul al oeste.

Desplazamientos norte-sur del movimiento teseral.

Rojo al norte, azul al sur.

La marea terrestre abarca todo el cuerpo de la Tierra y no se ve obstaculizada por la delgada corteza ni las masas continentales de la superficie, en escalas que hacen irrelevante la rigidez de la roca. Las mareas oceánicas son consecuencia de fuerzas tangenciales (véase: marea de equilibrio ) y de la resonancia de estas mismas fuerzas impulsoras con los periodos de movimiento del agua en las cuencas oceánicas , acumulados durante muchos días, de modo que su amplitud y sincronización son bastante diferentes y varían en distancias cortas de apenas unos cientos de kilómetros. Los periodos de oscilación de la Tierra en su conjunto no se aproximan a los periodos astronómicos, por lo que su flexión se debe a las fuerzas del momento.

Los componentes de la marea con un período cercano a las doce horas tienen una amplitud lunar (distancias de abultamiento/depresión terrestre) que es un poco más del doble de la altura de las amplitudes solares, como se muestra en la tabla a continuación. En luna nueva y luna llena, el Sol y la Luna están alineados, y los máximos y mínimos de las mareas lunares y solares (abultamientos y depresiones) se suman para producir la mayor amplitud de marea en latitudes particulares. En las fases de cuarto creciente y cuarto menguante de la luna, las mareas lunares y solares son perpendiculares, y la amplitud de la marea es mínima. Las mareas semidiurnas completan un ciclo completo (marea alta y baja) aproximadamente una vez cada 12 horas y un ciclo completo de altura máxima (marea viva y marea muerta) aproximadamente una vez cada 14 días. ^{[ 3 ]}

La marea semidiurna (un máximo cada 12 horas aproximadamente) es principalmente lunar (solo S ₂ es puramente solar) y da lugar a deformaciones sectoriales (o sectoriales) que suben y bajan al mismo tiempo a lo largo de la misma longitud. ^{[ 4 ]} Las variaciones sectoriales de los desplazamientos verticales y este-oeste son máximas en el ecuador y desaparecen en los polos. Hay dos ciclos a lo largo de cada latitud, los abultamientos opuestos entre sí, y las depresiones igualmente opuestas. La marea diurna es lunisolar y da lugar a deformaciones teserales . El movimiento vertical y este-oeste es máximo a 45° de latitud y es cero en el ecuador y en los polos. La variación teseral tiene un ciclo por latitud, un abultamiento y una depresión; los abultamientos son opuestos (antipodales), es decir, la parte occidental del hemisferio norte y la parte oriental del hemisferio sur, por ejemplo. De forma similar, las depresiones se oponen, en este caso la parte oriental del hemisferio norte y la parte occidental del hemisferio sur. Finalmente, las mareas quincenales y semestrales presentan deformaciones zonales (constantes a lo largo de un círculo de latitud), ya que la gravedad de la Luna o del Sol se dirige alternativamente lejos de los hemisferios norte y sur debido a la inclinación. El desplazamiento vertical es cero a 35°16' de latitud.

Dado que estos desplazamientos afectan la dirección vertical , las variaciones este-oeste y norte-sur se suelen tabular en miliarcosegundos para su uso astronómico . El desplazamiento vertical se tabula frecuentemente en μGal , puesto que el gradiente de gravedad depende de la ubicación, de modo que la conversión de distancia es de aproximadamente 3 μGal por centímetro.

La carga mareal oceánica es la deformación de la corteza subyacente en respuesta a las variaciones periódicas de la masa de agua asociadas con la marea oceánica, y suele ser un orden de magnitud menor que la deformación de la marea corporal. ^{[ 7 ]} Los instrumentos sensibles situados tierra adentro a menudo deben realizar correcciones similares. La carga atmosférica y los eventos de tormenta también pueden ser medibles, aunque las masas en movimiento son menos pesadas.

Los vulcanólogos utilizan los movimientos regulares y predecibles de las mareas terrestres para calibrar y probar instrumentos sensibles de monitoreo de la deformación volcánica; las mareas también pueden desencadenar eventos volcánicos. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La amplitud semidiurna M2 de las mareas terrestres puede alcanzar unos 55 cm (22 pulgadas) en el ecuador, lo cual es importante en _geodesia utilizando el Sistema de Posicionamiento Global , la interferometría de muy larga base y las mediciones de distancia láser satelital . ^{[ 10 ] [ 11 ]} Las mareas semidiurnas terrestres están casi en fase con la Luna con un retraso en la principal marea lunar semidiurna de la Tierra de 0,204°±0,047°, lo que corresponde a un desfase temporal de aproximadamente 25 segundos. Esto implica que la marea sólida disipa al menos 110 GW (150 000 000 hp) de energía mareomotriz, o alrededor del 5 % de lo que disipan las mareas oceánicas. ^{[ 12 ]}    

Para realizar mediciones angulares astronómicas precisas se requiere un conocimiento exacto de la velocidad de rotación de la Tierra ( duración del día , precesión , además de la nutación ), que está influenciada por las mareas terrestres (véase también: marea polar ). Las mareas terrestres también deben tenerse en cuenta en el caso de algunos experimentos de física de partículas . ^{[ 13 ]} Por ejemplo, en el CERN o en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC , los aceleradores de partículas de gran tamaño se diseñaron teniendo en cuenta las mareas terrestres para su correcto funcionamiento. ^{[ 14 ]} Entre los efectos que deben tenerse en cuenta se encuentran la deformación de la circunferencia para los aceleradores circulares ^{[ 15 ]} y la energía del haz de partículas. ^{[ 16 ]}

Las mareas de cuerpo también existen en otros objetos astronómicos , como planetas y lunas. En la Luna de la Tierra, las mareas de cuerpo "varían en aproximadamente ±0,1 m cada mes". ^{[ 17 ]} Juegan un papel clave en la dinámica a largo plazo de los sistemas planetarios. Por ejemplo, las mareas de cuerpo disipan energía, rompiendo la rotación de los satélites hasta que se bloquean en una resonancia espín-órbita . Así, la Luna está atrapada en la resonancia 1:1, mostrando siempre a la Tierra un lado mientras Mercurio está atrapado en una resonancia espín-órbita 3:2 con el Sol. ^{[ 18 ]} Por la misma razón, se cree que muchos de los exoplanetas están atrapados en resonancias espín-órbita más altas con sus estrellas anfitrionas. ^{[ 19 ]}

• Números de amor

• McCully, James Greig, Más allá de la Luna, una guía conversacional y de sentido común para comprender las mareas , World Scientific Publishing Co, Singapur, 2006.
• Paul Melchior, Mareas terrestres , Pergamon Press, Oxford, 1983.
• Wylie, Francis E., Mareas y la atracción de la luna , The Stephen Greene Press, Brattleboro, Vermont, 1979.

• Breve documental de la BBC sobre las mareas terrestres.